Effect of sub-bandgap defects on radiative and non-radiative open-circuit voltage losses in perovskite solar cells

辐射传输 钙钛矿(结构) 光电流 开路电压 带隙 自发辐射 材料科学 无辐射复合 光电子学 电压 二极管 物理 光学 半导体 化学 结晶学 激光器 量子力学 半导体材料
作者
Guus J. W. Aalbers,Tom P. A. van der Pol,Kunal Datta,Willemijn H. M. Remmerswaal,Martijn M. Wienk,René A. J. Janssen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45512-8
摘要

Abstract The efficiency of perovskite solar cells is affected by open-circuit voltage losses due to radiative and non-radiative charge recombination. When estimated using sensitive photocurrent measurements that cover the above- and sub-bandgap regions, the radiative open-circuit voltage is often unphysically low. Here we report sensitive photocurrent and electroluminescence spectroscopy to probe radiative recombination at sub-bandgap defects in wide-bandgap mixed-halide lead perovskite solar cells. The radiative ideality factor associated with the optical transitions increases from 1, above and near the bandgap edge, to ~2 at mid-bandgap. Such photon energy-dependent ideality factor corresponds to a many-diode model. The radiative open-circuit voltage limit derived from this many-diode model enables differentiating between radiative and non-radiative voltage losses. The latter are deconvoluted into contributions from the bulk and interfaces via determining the quasi-Fermi level splitting. The experiments show that while sub-bandgap defects do not contribute to radiative voltage loss, they do affect non-radiative voltage losses.

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